《大学物理》课程教学规范.doc

大学物理课程教学规范 本科第一部分 教学基本要求 物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用和转化规律的学科。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是自然科学和工程技术的基础。以经典物理学、近代物理学在科学技术中的初步应用为内容的大学物理课程是高等学校理工科各专业学生的一门重要的必修基础课。通过这门课程的学习，要使学生在掌握物理学基础理论的同时掌握物理学的基本研究方法和科学思维方法；学会用数学语言表述物理问题和使用高等数学工具去分析处理物理问题。培养学生现代的自然观宇宙观和辨证唯物主义世界观，培养学生的探索、创新精神， 努力实现知识、能力、素质的协调发展。 （一）绪论 基本要求: (1) 理解物理学的研究对象和方法；(2)了解物理学在科学技术中的重要地位；(3)理解并掌握物理学的学习方法。* 基本要求的高低用下列三级词汇区分，从高到低，概念分“理解”、“了解”、“知道”三级；运用方法分“熟练掌握”、“掌握”、“会”三级。（二）质点运动学基本要求:（1）会根据质点运动方程求位移、速度和加速度；（2）会根据加速度和初始条件求可积的运动方程； （3）熟练掌握质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度的计算方法； （4）理解平动、相对运动； （5）初步会使用矢量、微积分等数学工具解题。（三）质点动力学基本要求: （1）会熟练使用矢量和微积分工具，应用牛顿运动定律处理一般难度的力学问题；（2）掌握牛顿三个定律及适用条件；（3）了解牛顿力学中几种常见的力，掌握受力分析的基本方法；（4）了解力学中单位制和基本量的意义；（5）理解惯性参考系；（6）理解力学相对性原理；（7）掌握功的概念，能熟练地计算作用在质点上变力作功,理解与过程有关的性质；（8）掌握质点的动能定理，并能用他分析解决质点在平面内运动时的简单力学问题；（9）掌握保守力做功的特点及势能的概念，能熟练地计算重力、弹性力的势能、会计算万有引力势能；（10）掌握机械能守恒定律及其适用条件，并能分析、解决简单力学系统在平面内运动的力学问题；（11）了解普遍的能量守恒和转换定律；（12）掌握动量、冲量和动量原理，并理解各量的矢量性、状态过程的特征；（13）掌握动量守恒定律及其适用条件，并能分析、解决简单系统力学问题；（14）理解心对心的完全弹性和完全非弹性碰撞；（15）熟练掌握矢量和微积分工具解题。（四）刚体力学基本要求:（1）理解角速度和角加速度的概念及角量和线量的关系；（2）理解转动惯量、角动量（动量矩）的概念；（3）掌握转动定律，并能分析、计算有关简单的力学问题；（4）理解转动动能定理；（5）理解刚体角动量守恒定律及其适用条件，并能分析、计算有关力学问题。（五）静电场基本要求:（1）掌握电场强度和电势的概念以及场的叠加原理，掌握用叠加原理计算简单的典型的场源所产生的电场强度和电势；（2）理解高斯定理和环路定律，能熟练地用高斯定理求具有特殊对称性分布电荷的场强；（3）掌握电场力的功与电势差和移动电荷之间的关系，理解电场是保守力场，掌握电势与场强的积分关系；（4）理解电场线、等势面的概念，了解场强和电势梯度的关系；（5）理解电偶极子，电偶极矩的概念；（6） 理解导体静电平衡条件及导体表面电荷分布；（7）掌握电容的定义及其物理意义，能计算平板、球、圆柱形电容器的电容；（8）了解电介质极化的微观解释和极化强度矢量；（9）理解电介质中的高斯定理和各向同性介质中关系；（10）理解电场能量密度概念，能计算一些简单对称分布电场中贮存的电能。（六）稳恒磁场基本要求:（1）掌握磁感应强度的概念和毕萨定律，能用该定律及叠加原理计算简单典型载流导线周围或对称轴上的磁感应强度；（2）掌握安培环路定律，并能计算简单几何形状载流导体磁场中任一点的磁感应强度；（3）掌握安培力和洛伦兹力公式，并能简单的计算；（4）理解磁矩的概念，并计算载流平面线圈在均强磁场中所受的磁力矩；（5）了解磁化现象及其微观机理和铁磁质；（6）理解磁介质中的安培环路定律，会做一般计算；（7）了解H和B之间的关系。（七）电磁场基本要求:（1）理解电动势的概念，掌握法拉第电磁感应定律，了解定律中“”号的物理意义；（2）理解动生电动势和感生电动势的概念和规律，能分析和计算有关的简单问题；（3）了解涡旋电场的概念以及它与静电场的区别；（4）自感和互感系数的定义及其物理意义，能计算简单载流电路的自感和互感系数；（5）理解磁能密度的概念，并能计算一些简单的对称情况下磁场空间所贮存的磁能；（6）理解位移电流、位移电流密度的概念；（7）了解麦克斯韦积分方程组的物理意义；（8）了解电磁波的产生条件及其性质。（八）振动和波动基本要求:（1）掌握简谐振动的基本特征量，对简单振动系统能建立振动的微分方程，并求出振动频率；（2）掌握振幅旋转矢量法，能用图示法表示谐振动的xt,vt,at的曲线；（3）能掌握谐振动的初始条件，利用旋转矢量图定出初相；（4）能比较同一谐振动在不同时刻的位相差；（5）掌握同方向，同频率谐振动的合成振动规律，以及合振幅极大和极小的条件；（6）理解机械波产生的条件，能根据已知质点的谐振动方程建立平面余弦波的波动方程，并掌握其物理意义及波形图线；（7）掌握平面余弦波的特征量物理意义及其相互关系；（8）理解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念；（9）理解惠更斯原理和波的叠加原理；（10）掌握波的相干条件，能应用位相差或波程差概念分析和确定相干波叠加振幅加强和减弱的条件；（11）了解驻波形成的条件，驻波和行波的区别，能确定波腹和波节的位置；（12）了解多普勒效应及其产生的原因。（九）波动光学基本要求:（1）理解获得相干光的方法，能分析、确定杨氏双缝干涉条纹、劈尖干涉、牛顿环干涉条纹的位置；（2）掌握光程概念，光程差和位相差的关系；（3）了解洛埃镜实验中产生半波损失的条件；（4）了解迈克尔逊干涉仪的工作原理及其应用；（5）了解惠更斯菲涅耳原理。掌握单缝夫琅和费衍射条纹分布的规律；（6）掌握光栅方程，会分析光栅衍射条纹和光栅常数及波长对光栅衍射条纹的影响；（7）了解光栅光谱的特点，了解光学仪器的分辨本领；（8）了解自然光和线偏振光，理解布儒斯特定律及马吕斯定律；（9）了解双折射现象；理解偏振光的获得方法和检验方法。（十）狭义相对论基础基本要求:（1）了解经典相对性原理与爱因斯坦狭义相对论的相对性原理；（2）理解爱因斯坦狭义相对论的两条基本假设；（3）理解洛伦兹坐标变换，能用该变换分析、计算在不同关系中一维运动的坐标、时间的变换；（4）理解同时性的相对概念，会计算长度收缩和时间膨胀的简单问题；（5）了解相对论中质量和速度的关系，质量和能量的关系；会使用质速、质能关系分析、计算有关的简单问题。（十一）量子物理基础基本要求:（1）会使用爱因斯坦光电效应方程计算有关的简单问题；（2）了解康普顿效应，会使用康普顿散射公式解决有关问题； （3）会使用玻尔氢原子理论计算有关的简单问题； （4）了解实物粒子的波粒二象性、波函数以及不确定关系； （5）了解如何用波动观点说明能量量子化； （6）了解一维定态薛定谔方程及应用此方程解处理一维无限深势阱。 （7）了解氢原子的量子力学处理和电子自旋；（8）了解描述原子中电子状态的四个量子数的物理意义及相互关系；（9）了解泡利不相容原理和原子的壳层结构。第二部分 教学大纲总学时数 :105学时 （不包括假期及期末考试）绪论 （共1学时）（一）内容概要:1物理学的研究对象和方法；在科学技术中的重要地位。2物理学是一门重要的知识性、基础性很强的学科。3理工科物理教学的地位和作用；物理学的学习方法。（二） 学时安排:1学时第一章 质点运动学 （共5学时）（一）内容概要:1机械运动，参照系和坐标系，质点。2位置矢量，位移，速度，加速度，运动方程。3切向加速度和法向加速度。4 角位置、角位移、角速度，角加速度，圆周运动中线量和角量的关系。5平动和相对运动，伽利略坐标变换和速度变换。（二）学时安排:13，3学时。45，2学时。第二章 质点动力学（共10学时）（一）内容概要：1 牛顿三个定律及适用条件，牛顿力学中常见的几种力，力学中的单位制和量纲，惯性参考系，力学相对性原理。2 功，保守力做功的特点，势能。3 功能原理，动能原理，机械能守恒定律及适用条件，能量守恒定律。4 动量，冲量。5动量定理，动量守恒定律及适用条件，碰撞。（二）学时安排：1，3学时。2，2学时。3，2学时。45，3学时。第三章 刚体力学（共6学时）（一）内容概要：1 刚体，刚体的定轴转动，角速度矢量和角加速度矢量。2 力矩，转动惯量，刚体绕定轴转动的转动定律。3力矩的功，转动动能，刚体定轴转动中的动能定理。4 质点的动量矩和刚体的动量矩，动量矩定理，动量矩守恒定律及适用条件。（二）学时安排：12，3学时。34，3学时。第四章 静电场（共13学时）（一）内容概要：1 点电荷，静电场，电场强度，场强迭加原理，场强的计算，电偶极子的电偶极矩。2 电力线，电通量，真空中的高斯定理；3 电场力的功，场强的环流，环流定理，电势能，电势，电势迭加原理，电势与场强积分关系，电势的计算，等势面。4 导体静电平衡时的特点，电介质的极化及其微观解释，电位移矢量，各向同性介质中与的关系，介质中的高斯定理。5 电容器的电容，简单电容器电容的计算，电场能量密度和简单情况下电场能量的计算。（二）学时安排：1，2学时。2，2学时。3，3学时。4，3学时。5，3学时。第五章 稳恒磁场（共13学时）（一）内容概要：1 磁场，磁感应强度，平面载流线圈的磁矩。2 磁力线，磁通量，磁场中的高斯定理。3 毕奥萨伐尔定律，磁场迭加原理，简单情况下的计算，运动电荷的磁场，安培环路定理。4 安培定律，洛伦兹力公式，磁场对载流线圈的力矩，带电粒子在电场和磁场中的运动，霍耳效应。5 磁介质的磁化及微观解释，磁场强度矢量，各向同性介质中的和的关系，介质中的安培环路定理，顺磁质，抗磁质，铁磁质及特性。（二）学时安排：12，2学时。3，3学时。4，3学时。5，5学时。第六章 电磁场（共8学时）（一） 内容提要：1 楞次定律，法拉第电磁感应定律。2 电动势，动生电动势，感生电动势，涡旋电场。3 自感和互感，磁场能量密度和简单情况下磁场能量的计算。4 位移电流，位移电流密度，全电流，全电流定律，麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义，电磁场的物质性。（二）学时安排：1-2，4学时。3，2学时。4，2学时。 第七章 振动和波动（共12学时）（一）内容提要：1 机械振动和电磁振荡，弹簧振子，单摆与LC振荡电路。2 谐振动的特征，谐振动的运动微分方程和谐振动方程3 谐振动的圆频率、频率、周期以及它们之间的关系，振幅、相位、谐振动的旋转矢量表示法，振动频率、振幅、初位相的确定。4 谐振动的能量，两个同方向同频率谐振动的合成。5 机械波产生的条件，纵波与横波，电磁波的产生与传播，振荡电偶极子。6 描述简谐波动过程的物理量，波速，频率和波长的关系，平面波与球面波，电磁波的性质，电磁波谱7 平面简谐波方程，波形图线，波的能量密度，能流和能流密度，坡印亭矢量。8 惠更斯原理，波的相干条件，驻波，多普勒效应。（二）学时安排：12，2学时。34，3学时。56，3学时。7，2学时。8，2学时。第八章 波动光学（共12学时）（一）内容提要：1 普通光源发光特点，光矢量，光的单色性，获得相干光的方法。2 光程，光程差与位相的关系，薄透镜的等光程性。3 杨氏双缝干涉，等倾干涉（平行平面膜），等厚干涉（劈尖和牛顿环），迈克尔逊干涉仪。4 光的衍射现象，惠更斯菲涅耳原理，夫琅和费单缝衍射，圆孔夫琅和费衍射,光学仪器分辨本领，衍射光栅，光栅衍射谱线位置的确定。5 自然光与偏振光，马吕斯定律，偏振光的获得方法，反射与折射时光的偏振，布儒斯特定律，单轴晶体中光的双折射现象，线偏振光的检验。（二）学时安排：12，2学时。3，3学时。4，4学时。5，3学时。第九章 狭义相对论基础（共6学时）（一）内容概要：1 狭义相对论基本假设，洛伦兹变换（坐标、速度）。2 狭义相对论时空观（“同时”的相对性、长度收缩、时间膨胀）。3 狭义相对论动力学基本方程，质速关系，质能关系，动量与能量的关系。（二）学时安排：1，2学时。2，2学时。3，2学时。第十章 量子物理基础（共12学时）（一）内容概要：1 普朗克量子基础，光电效应的实验规律，爱因斯坦光子理论，康普顿效应的实验规律，光的波粒二象性。2 原子的有核模型，氢原子光谱的实验规律，玻尔氢原子理论，能量量子化，玻尔氢原子理论的意义和局限性。3 德布罗意假设，物质波，德布罗意关系式，电子衍射实验，实物粒子的波粒二象性，不确定关系。4 波函数及其统计解释，一维定态薛定谔方程，一维无限深势阱。5 角动量量子化，空间量子化，斯特恩盖拉赫实验，电子自旋，四个量子数。6 原子的壳层结构，泡利不相容原理。（二）学时安排：1，3学时。2，2学时。3，2学时。4，3学时。56，2学时。* 说明：实际上新课的时间为98学时，剩下的学时用于复习迎考。第三部分 教学实施细则第一小部分 课程重点、难点及处理方法主讲教师在授课中应突出重点、分散难点，使学生对于主要的内容有清晰、深刻的印象，牢固掌握所学的知识。第一章 质点运动学重点：位置矢量、位移、速度、加速度；切向加速度、法向加速度；角速度、角加速度；运动方程。难点：相对运动、运动方程。结合图例讲清位置矢量、位移、速度和加速度的定义及相互关系，强调矢量概念；讲清运动方程的含义及表达式。讲清根据运动方程如何求速度和加速度以及根据初始条件如何积分出运动方程的方法。讲清绝对运动与相对运动和牵连运动的关系，通过实例分析，让学生掌握矢量的合成法则和微积分方法的应用。第二章 质点动力学重点：牛顿三个定律及适用条件；动量定理、动量守恒定律及适用条件；功及保守力做功的特点；动能、势能、动能定理、势能定理；机械能守恒定律及适用条件。难点：牛顿第二定律的应用、动量定理及动量守恒定律的应用、变力做功的计算及机械能守恒定律的应用。 以训练隔离法分析物体受力为重点，让学生掌握应用牛顿第二定律建立质点的坐标分量方程的方法。从区别质点组的内力和外力出发，准确找出外力的冲量，写出相应动量定理的分量式。结合实例讲清动量守恒定律的内容、守恒条件、数学表达式及分量式。引导学生正确理解变力功算式的导出过程，理解元动的表达式并学会处理有限功的积分式。从内力、非保守内力与保守内力做功的角度，讨论机械能守恒的条件，让学生掌握分析问题的思想和方法。第三章 刚体力学 重点：刚体绕定轴转动的转动定律。难点：转动定律、动量矩守恒定律的应用及适用条件。 通过与牛顿第二定律的比较，讲清刚体绕定轴动的转动定律所描述的定轴刚体的动力学行为及转动惯量的物理意义，结合实例讲清动量矩概念及计算方法，用例题巩固动量矩守恒定律的应用及适用条件。第四章 静电场重点：电场强度及场强迭加原理、电势及电势迭加原理，电势与场强的积分关系。导体静电平衡的条件，电容器的电容，电场能量密度及简单电场的能量计算。难点：电场计算、电势计算、高斯定理的应用。带电导体静电平衡时的电荷分布，电容的计算。结合物理意义讲清电场强度和电势的概念及场强的迭加原理，培养学生熟练使用矢量、微积分等数学工具的能力，应用迭加原理计算一些简单问题中的场强和电势。通过无限大带电平面及带电球等实例，讲清用高斯定理计算场强的条件和方法，结合实例讲清由导体静电平衡的条件来讨论电荷的分布的方法，结合电容的定义让学生掌握简单电容器电容的计算方法。第五章 稳恒磁场重点：磁感应强度及磁场迭加原理，毕奥萨伐尔定律，安培环路定理，安培力与洛伦兹力。铁磁质的性质。 难点：毕奥萨伐尔定律的应用，安培环路定理的应用。把载流导线看成是由许许多多电流元组成，讲清电流元在空间产生的磁感应强度d由毕奥萨伐尔定律求出，如何进一步用磁场迭加原理求出整个线电流的磁感应强度。对比静电场中高斯定理的应用条件和方法讨论磁场中安培环路定理的应用条件和方法。结合铁磁质的磁滞回线讲清铁磁质的剩磁现象和铁磁特性。 第六章 电磁场重点：法拉第电磁感应定律，电磁场理论的两个基本概念：位移电流和涡旋电场，磁场能量密度及磁场能量，麦克斯韦方程组的物理意义。难点：感生电动势和动生电动势的计算。应结合实例讲清法拉第电磁感应定律的深刻物理意义。在讲解用法拉第电磁感应定律计算感应电动势的各种典型例题时，要注意归纳解题步骤，引导学生运用它来分析和解决有关问题。引导学生熟练使用矢量、微积分等数学工具计算感生电动势和动生电动势。第七章 振动与波动重点：谐振动的特征、谐振动的运动微分方程和谐振动方程，描述谐振动的物理量圆频率、频率，周期、振幅、相位，谐振动的旋转矢量表示法，两个同方向、同频率的谐振动合成时振幅极大和极小的条件。波速、波长和波频及它们间的关系，平面简谐波方程，波的相干条件，电磁波的基本性质，电磁波的能流密度。难点：相位及相位差，平面简谐波波动方程的建立，波的干涉。结合实例讲清相位是描述振动状态的重要物理量，相位概念的引入给振动的描述带来很多方便。用例题分析和讨论的方式，让学生掌握相位的变化与运动状态变化之间的关系。注意说明初相位的取值与时间零点的选择和坐标的建立有关，注意强调对两个振动进行比较时，它们之间的位相差显得十分重要。通过推导平面简谐波的波动方程的过程，使学生掌握推导的逻辑思路并掌握从已知质点的谐振动方程建立平面简谐波的波动方程的步骤和方法，通过推导和例题分析，让学生掌握应用相位差和波程差概念分析和确定相干波迭加后加强和减弱的条件。通过对电磁波产生和辐射条件的认识，明确电磁波的4点性质；明确电场强度、磁场强度、电磁波传播方向的右手螺旋关系。第八章 波动光学 重点：光程与光程差、光程差与位相差的关系；杨氏双逢干涉、等厚干涉（劈尖、牛顿环）；夫琅和费单缝衍射。 难点：光程差及相位差的关系，薄膜干涉。从前面讲过的用相位差来表示振动的迭加条件，通过系列变化，引出用光程差来表示光的迭加条件。在此过程中，让学生理解光程的物理意义，及用光程差处理相干光的迭加问题的思路。对于薄膜干涉问题，其关键也是正确地找出相干光的光程差（注意对半波损失的考虑），由干涉条件求解相应问题。第九章 狭义相对论基础重点：狭义相对论的基本假设，洛伦兹变换，质速关系式，质能关系式，相对论时空观。难点：相对论时空观。通过介绍狭义相对论产生的历史背景及时空坐标系的建立，逐步转变学生经典的时空观。通过“爱因斯坦火车”模型，讲清同时的相对性，加深学生对“光速不变原理”的理解。第十章 量子物理基础重点：光电效应的实验规律，爱因斯坦光子理论，康普顿效应的实验规律，光的波粒二象性。氢原子的光谱的实验规律，玻尔氢原子理论，德布罗意假设，物质波，德布罗意关系式，实物粒子的波粒二象性。难点：康普顿效应，玻尔氢原子理论。借助于图景讲清把康普顿散射过程看作是光子和电子相互碰撞的过程，在此过程中，应用动量守恒和能量守恒来解释康普顿效应。从物理学历史角度讲清玻尔从原子的有核模型和原子的稳定性出发，利用原子核对电子的库仑力和角动量量子化条件，得到的结果成功地解释了氢原子的光谱规律。最后，再讨论玻尔理论的局限性，引出“电子云”及波函数的概念。第二小部分 课堂作业、考核和计分一、作业布置的原则和数量要求：让学生做习题是教学活动的实践环节，它可以使学生深入地牢固掌握物理学的基本概念和基本规律，提高他们应用物理学知识分析解决问题的能力。习题应当保证属于熟练掌握和掌握的内容，类型广泛，有一定难度的题目为主。平均每次习题数量为3-4题。二、对学生做作业的要求：要求学生按时完成作业，不抄袭。作业要求做在装订成册的作业本上，书写要规范、整洁。能画图帮助思考的作业题一定要认真画图。作业用钢笔或圆珠笔书写，字迹要清晰。保证作业的质量和数量，防止漏题不做。三、对教师批改作业的要求：教师对每次作业至少批改1/3，并及时发还给学生。对学生的平时作业成绩要有记录，作为平时成绩的依据之一。教师应对学生作业中大面积的、典型的错误进行评讲。四、课程考核要求：本课程考核以笔试方式进行。考核内容以教学计划要求掌握和理解的内容为主，以对知识的理解和应用为主。 第三小部分 实现教学目标的措施、办法一、“大学物理”课程的主讲教师应为受学院聘请任课的教师，其中副教授和讲师应占绝大多数，教学本科毕业的助教在担任主讲教师之前须担任过两年教学辅导工作（包括批改作业、上习题课、答疑等）并经过试讲及教研室有关主讲教师评议认可，经系上有关领导同意后才能受聘为主讲教师。 二、“大学物理”课程主讲教师须按“大学物理”课程教学基本要求与教学大纲规定的要求内容与学时安排进行教学。三、主讲教师每次上课必须有教案并认真备课。四、“大学物理”课程分为两个学期完成，每学期都留有2个学时的复习课时间，教师应利用复习课时间对本学期的主要内容进行知识梳理和典型的例题评讲，帮助学生巩固本期所学的知识和方法的掌握。五、每周每个大班应按规定时间与地点进行答疑、辅导。六、每学期初由教研室安排教师集体备课，讨论确定有关教学事宜。七、每学期由教研室安排教师进行教学检查，包括课堂纪律、教风、学风、学生作业及辅导情况，考试分析。八、每学期由教研室安排进行听课。九